Сергей Титов - Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Живое вещество выполняет в биосфере несколько функций, в результате чего «лик Земли» претерпевает принципиальные изменения. Одной из таких функций является газовая. Почти все газы, присутствующие в свободном виде в атмосфере и в связанном – в литосфере и гидросфере, имеют биогенное происхождение. Достаточно вспомнить, что практически весь кислород в атмосфере был создан автотрофными растениями в процессе фотолиза воды. Другой главный газ атмосферы – азот выделяется в результате жизнедеятельности подземных живых организмов или бактерий, обитающих на поверхности океана.

Вторая функция живого вещества – окислительно-восстановительная. Ферменты, находящиеся в живых организмах, способны окислять и восстанавливать многие химические элементы. Такие окислительно-восстановительные реакции были бы невозможны без участия живого вещества.

Третьей функцией живого вещества в биосфере является концентрационная. Представьте себе, что на нашей планете появился наблюдатель, хорошо знающий физику и химию, но не имеющий понятия о существовании живых организмов (его разум развился на какой– то другой основе). Он обследует поверхность Земли и выяснит, что в одних её местах (каменноугольные бассейны) вдруг обнаруживаются огромные скопления углерода, в других – кальция (залежи известняка), в третьих – кремния и т. д. Он не сможет этого объяснить, потому что знает, что чем больше случайные отклонения от равномерного распределения любых веществ, тем они маловероятнее. Если такие отклонения, называемые флуктуациями, где-то по воле случая и возникнут, то довольно быстро должны сгладиться. Это произойдёт из-за того, что вещества должны двигаться по градиентам концентраций, т. е. перемещаться из того места, где их много, туда, где их меньше, и, значит, через какое-то время они распределятся по поверхности планеты равномерно. Этого требует второе начало термодинамики.

Так и было бы, если бы не существовало живого вещества. Но на Земле есть жизнь, и поэтому законы физики, по крайней мере с точки зрения непосвященного наблюдателя, оказываются нарушенными. Вещества движутся против градиентов! Предположим, что в океане живёт какой-то вид организмов, накапливающих кремний. Допустим также, что этот вид предпочитает жить при определённой средней температуре, избегая слишком тёплых и слишком холодных мест. Тогда в тех местах океана, где держится соответствующая температура, окажутся огромные скопления кремния, тогда как даже на небольшом расстоянии, где проходит более холодное или более тёплое течение, кремния будет значительно меньше. С точки зрения физики это объяснить нельзя: кремнию всё равно, при какой температуре существовать, его перемещение с температурой не связано. Значит, скопления кремния никак не объясняются физическими законами (хотя и не противоречат им).

Рис. 134. Круговорот азота

Их создали живые организмы, способные накапливать этот элемент, забирая его из морской воды, хотя его концентрация там значительно меньше, чем в самом организме.

Очень важной функцией живого вещества в биосфере является биогенная миграция атомов, т. е. постоянный круговорот веществ и элементов. Рассмотрим азот, который, хотя и присутствует в атмосфере в значительном количестве, является довольно инертным элементом и в химические реакции вступает неохотно (рис. 134). Если бы на Земле не было жизни, он так бы и «витал в облаках». Однако благодаря существованию азотфиксирующих бактерий и их ферментов он превращается в химические соединения, которые усваиваются растениями, а затем и животными, мигрируют по огромным пространствам, а потом, благодаря деятельности уже других бактерий, превращаются в свободный азот и уходят в атмосферу. Точно так же происходит миграция углерода, который составляет основу органических веществ, и кислорода, который постоянно поглощается в результате дыхания и вновь возвращается в атмосферу благодаря фотосинтезу (рис. 135).

1. Каковы размеры биосферы?

2. Объясните, почему верхняя граница биосферы проходит именно на высоте 20 км.

Рис. 135. Круговорот углерода

3. Какие виды вещества выделял В. И. Вернадский в биосфере? Приведите примеры, относящиеся к основным четырём типам веществ.

4. Назовите основные функции живого вещества в биосфере. В чём они заключаются?

1. Рассмотрите рисунок 135. Расскажите о круговороте углерода и о роли живых организмов в этом процессе.

2. Используя дополнительные источники информации, сделайте стендовый доклад о круговороте серы в природе.

1. Объясните, почему учение о биосфере было создано не биологом, а специалистом в других областях естественных наук.

2. Вспомните, кто были по специальности Г. Мендель, Ж. Б. Ламарк, Ч. Дарвин. Почему создатели крупных естественно-научных теорий не были узкими специалистами в одной конкретной области?

3. Выясните, какие новые профессии возникли в связи с экологизацией всей системы научных знаний.

Проблема наведения мостов между живым и неживым волновала человечество всегда. Видя, сколь легко живой организм можно превратить в мёртвый, люди охотно допускали, что возможен и обратный процесс. Пропасть между живым и неживым, о которой говорил Вернадский, никогда не казалась непреодолимой. В Античности и Средневековье оживление связывали с внесением в неживой предмет души, дыхания, духа, одним словом, какой-то сущности, принципиально отличной от обычного вещества, но однако объективно существующей в мире. Эту сущность в разное время называли по-разному, но в эпоху естествознания в связи с развитием физики она получила название жизненной силы или жизненной энергии. Сторонники существования жизненной силы были названы виталистами (от лат. «вита» – жизнь).